海洋能开发利用现状

能源危机：从探明的储量分析，现在地球上的石油、天然气和煤炭的总储量分别为：石油1万亿桶天然气120万亿立方米煤炭1万亿吨按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：石油45-50年天然气50-60年煤炭200-220年环境污染：传统能源的过度开采和利用造成严重的空气污染（如雾霾）和生态环境破坏3、海洋能种类与开发方式潮汐能波浪能潮流能温差能盐差能引力潮汐现象导致海水平面周期性的升降，因海水涨落及流动产生的能量成为潮汐能。潮汐能的利用主要是指利用涨潮和落潮过程中产生的势能来进行发电。当潮汐的平均潮差大于3m可以用来发电潮汐发电与普通水力发电原理类似，通过水库在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机转动，带动发电机发电a.立轴定桨式水轮发电机组结构简单，运行可靠。但由于潮汐电站水头很低，立轴水轮机只适用于小型潮汐电站机组。b.轴伸贯流式水轮机组轴伸贯流式水轮发电机组的水轮机置于流道中，发电机置于陆地上，其间用长轴传动或采用齿轮增速器使发电机增速，具有可以合理选择发电机转速、检修方便、效率较高等特点。轴伸贯流式机组适用于潮差5m以下的中小型机组。c.竖井贯流式水轮发电机组竖井贯流式水轮发电机组是将发电机置于具有流线形断面的竖井中，与安装在流道中的水轮机直接或通过增速齿轮装置相连。图中蓝绿色箭头线表示水流走向，水流进入后从混凝土竖井两旁通过再汇集到导叶进入转轮室，水流推动转轮旋转做功后从尾水管排出。这种机型具有运行方便、发电机通风冷却条件较好等优点。竖井贯流式水电机组在中小型潮汐电站机组中应用较多，如我国白沙口、幸福洋等电站均采用此类水轮机。d.灯泡贯流式水轮发电机组灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。图中蓝色箭头线表示水流走向，水流进入后从灯泡周围均匀通过到达转轮，推动转轮旋转做功后由尾水管排出。灯泡贯流式机组具有流道顺直、水头损失小、单位流量大、效率较高、体积较小及厂房空间较小等优点，适合用作低水头的大中型潮汐电站机组。目前世界上运行和在制的潮汐电站机组多采用灯泡贯流式机组。潮汐电站根据蓄水库型可分为单库单向型、单库双向型和双库单向型单库双向型也是一个水库，其特点是涨潮或落潮时都能发电，只是在平潮时才不发电。这种电站也只需要一道堤坝，但在水轮发电机组的结构上或厂房建筑上需满足涨、落潮两个方面均能通水发电的要求，故结构比前一种复杂些。这种方法比前一种发电量和发电时间都多，提高了效率，能较充分地利用潮汐能源，缺点是平潮时仍不能发电。法国的朗斯潮汐电站就属于这种类型。单库双向型双库单向型潮汐电站这种电站需建两座毗邻的水库，一个水库仅在涨潮时进水，另一个仅在落潮时放水。这样前一水库的水位便始终比后一个高，故前一个叫上水库，后一个叫下水库。水轮发电机组便建在两水库之间的隔坝内，两水库始终保持着水位差，故水轮发电机便可全日发电。这种电站建筑投资比前两种均大，其优点是全日不间断发电，能更好地满足用户要求。国外利用潮汐发电始于欧洲,20世纪初德国和法国已经开始研究潮汐发电。世界上最早利用潮汐发电的是德国1912年建成的布苏姆潮汐电站。新规划的潮汐电站逐渐向大型化发展。国家站名装机容量(×104kW)年发电量(×108kwh)发电型式投产年份法国朗斯24.05.44单库双向1967前苏联基斯洛0.040.023单库双向1968加拿大安纳波利斯1.780.5单库单向1984韩国始华/sihwa265.52单库双向2011俄罗斯美晋湾1500500单库双向计划英国塞汶河口600144单库单向计划加拿大芬地湾380127单库单向计划澳大利亚金伯利湾9030单库双向计划韩国加露林湾48.0120单库单向计划阿根廷圣何塞湾495120单库单向计划世界主要潮汐电站法国于1966年在希列塔尼米岛建成一座最大落差13.5m、坝长750m、总装机容量240MW的朗斯河口潮汐电站,年均发电量为544GW·h。朗斯电站曾经是最大的潮汐电站，其建成及近40年的成功运行证实了潮汐电站技术的可行性,它使潮汐电站进入了实用阶段。加拿大安纳波利斯潮汐电站座落在芬地湾口安纳波利斯-罗亚尔。该地潮差为4.2～8.5米。电站采用全贯流水轮发电机组。该电站安装机组一台，额定功率为2万千瓦，年发电量5000万千瓦时。我国潮汐能发电始于50年代后期,迄今建成潮汐电站8座，总装6120kW，其中最大的是浙江江厦潮汐试验电站，为3200kW。我国自己研制了单机容量500kW和700kW的灯泡贯流式水轮发电机组。站名站址装机容量/MW运行方式投产年份江厦浙江1×0.5,1×0.6,3×0.7单库双向1985沙山浙江0.04单库单向1959幸福洋福建1.28单库单向1989海山中国浙江2×0.075双库连程1975年白沙口中国山东0.96单库单向1978年浏河中国江苏2×0.075单库双向1976年岳浦中国浙江4×0.075单库单向1971年果子山中国广西0.04单库单向1977年江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港，最大潮差8.39米，平均潮差5.08米。1980年5月第一台机组投产发电，电站设计安装6台双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量3200千瓦，可昼夜发电14～15小时，每年可向电网提供1000多万千瓦时电能。乐清湾江厦港为封闭式海港，港口筑坝高15.5米，形成一座港湾水库，总库容490万立方米，发电有效库容270万立方米。福建平潭幸福洋潮汐电站，装机容量1280kW，平均潮差4.54米，最大潮差7.16米，年发电量可达315万千瓦时。海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是一种以动能形态出现的海洋能。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。1、什么是海流能海流包括海洋环流和潮流两大类。海洋环流，是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域，流动过程携带大量的海流能；成因：海洋风（主要因素）、海水温度差、盐度差等。潮流能是随潮汐的涨落导致海水流动而产生的能量；因此潮流能每天两次改变大小和方向。潮流能获取装置水平轴潮流能水轮机风车式空心贯流式导流罩式竖轴潮流能水轮机直叶片式螺旋叶片式导流罩式升力-阻力型潮流能装置Savonius式水轮机柔性叶片式水轮机振荡式水翼潮流能装置其他形式潮流能装置英国SeaFlow型300kW潮流能发电装置英国SeaGen型1.2MW潮流能发电装置英国“Triton”型潮流能发电装置英国SMD公司的TidEL型1MW水平轴潮流能水轮机美国绿色能源公司的三叶片水平轴潮汐能水轮机法国Hydrohelix公司的水平轴潮流能水轮机德国Voith公司研制的1MW水平轴潮流发电机组中国海洋大学100千瓦潮流能发电装置浙江大学25kW水下风车样机②空心贯流式潮流能水轮机空心贯流式潮流能水轮机的代表是爱尔兰OpenHydro公司和加拿大CleanerCurrentPower公司。爱尔兰OpenHydro公司250kW“OpenCentre”型空心贯流式潮流能水轮机这种水轮机是在水平轴水轮机转子叶轮外面增加一个导流罩。导流罩具有导流、聚能的作用，可以使通过水轮机的水流能量更加集中，获能效果更高。目前采用导流罩式潮流能水轮机技术的主要公司有：英国月能(LunarEnergy)公司、美国水下风筝(UnderwaterElectricKite,UEK)公司和新加坡AtlantisResources公司等.英国月能公司的1MW导流罩式水平轴潮流能水轮机美国UEK公司的400kW导流罩式水平轴潮流能水轮机竖轴潮流能水轮机又称横流叶片式水轮机，其工作原理与达里厄(Darreius)式竖轴风力机相似，水流方向与叶轮旋转轴垂直(横流)，桨叶有直叶片(与旋转轴平行)和螺旋形叶片两种。加拿大蓝能公司直叶片竖轴潮流能水轮机美国GHT公司的Gorlov型螺旋叶片式竖轴潮流能水轮机英国海王星再生能源公司的Proteus型潮流能装置中国海洋大学柔性叶片式潮流能装置哈尔滨工程大学潮流发电船东北师范大学2kW低流速海流发电装置舟山3.4兆瓦LHD林东模块化潮流能发电机组英国EB公司的振荡式水翼潮流能装置澳大利亚的振荡式水翼潮流能装置瑞典海力公司的EXIM型潮流能装置丹麦Tideng型潮流能水轮机新加坡AltantisResources公司的链式潮流能装置波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，它是由风把能量传递给海洋而产生的，实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。1、波浪能的储量2、波浪能发电技术3、波浪发电装置类型4、国内外发展现状与典型装置1960年代，日本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置。1910年，法国人布索.白拉塞克在其海滨住宅附近建了一座气动式波浪发电站从20世纪70年代，英国发明了点头鸭装置，波面筏装置，振荡水柱装置和海蚌装置。1978年，日本建造了一艘长80m、宽12m、高5.5m称为“海明号”的波浪能发电船。20世纪80年代，中国研制成功对称翼气轮机型导航灯波浪发电装置，挪威建成一座250kW的收缩斜坡聚波道式波浪能发电站和一座500kW的振荡水柱气动式波浪能发电站。2000年以后，波浪发电装置大发展。比较典型的有日本、美国、挪威、英国、中国、加拿大、爱尔兰、葡萄牙等国。点头鸭式①振荡水柱式（OWC）澳大利亚振荡水柱装置中国100kW岸式振荡水柱波能电站②点头鸭式鸭式装置是英国Salter教授发明的、具有特殊外形的波能装置。该装置有通过某种方式约束的支撑轴以及绕轴往复转动的鸭体，通过鸭体俘获波浪能。鸭体横截面后部为圆弧形，圆心位于轴心，支撑轴垂直于来波方向布置。在波浪作用下，驱动连接鸭体与支撑轴之间的液压转换装置发电。鸭式装置的背后往往为无浪区，其一级转换效率可接近于100%，但抗浪能力较差，目前尚未得到较好的发展。广州能源所100kW鹰式波浪能发电装置“万山号”广州能源所100kW鸭式波浪能发电装置③摆式400kW浮力摆OysterBPS公司的biowave摆式波浪发电装置④筏式筏式装置由铰接的筏体以及液压系统组成。筏式装置顺浪向布置，筏体随波运动，将波浪能转换为筏体运动的机械能（一级转换）；然后驱动液压泵，将机械能转换为液压能；后者驱动液压马达转动，转换为旋转机械能（二级转换）；再通过轴驱动电机发电，将旋转机械能转换为电能（三级转换）。筏式技术的优点是筏体之间仅有角位移，即使在大浪下，该位移也不至于过大，故抗浪性能较好；缺点是装置顺浪向布置，单位功率下材料的用量比垂直浪向布置的装置大，可能造成装置成本较高。采用筏式波浪能利用技术的有英国Cork大学和女王大学研究的McCabe波浪泵波力装置和苏格兰的OceanPowerDelivery公司的Pelamis（海蛇）波能装置。Pelamis（海蛇）波能装置McCabe波浪泵波力装置⑤收缩波道式丹麦的WaveDragon装置挪威350kW的固定式收缩波道装置⑥振荡浮子式振荡浮子装置的尺度与波浪尺度相比很小，利用波浪的升沉运动吸收波浪能，又称点吸收式。该类装置由相对运动的浮体、锚链、液压或发电装置组成。这些浮体中有动浮体和相对稳定的静浮体，靠动浮子与静浮体之间的相对运动吸收波浪能国内振荡浮子式浙江大学振荡浮子我国的振荡浮子技术开始于2002年，目的是针对振荡水柱技术转换装置存在的低效率、高能耗问题展开研究，得到高效率、低能耗的转换装置。广州能源所40kW岸式振荡浮子装置“集大1号”是由集美大学研制的10kW多振荡浮子阵列式波浪能发电装置。装置采用振荡浮子捕获波浪能量转换为浮子上下运动的动能和势能（一级转换）；浮子的机械能通过摆臂带动主轴转动，主轴的旋转